实验报告范例-- 辉光放电

实验题目 辉光放电

[ 实验目的 ]

通过辉光放电球的放电现象演示，说明气体分子被高速运动的离子撞击后会在能级之间跃迁发光，甚至发生电离的物理过程。

[ 实验装置 ]

①玻璃外壳，②中心（高压达数万伏）电极，③电源线（220V），④环形荧光管，

⑤底座（内有高压发生器），⑥电源开关，⑦音乐开关

图 1 辉光放电球

[ 安全注意事项 ]

1．辉光球中心电极和球壳为玻璃制品，操作过程中必须小心轻放，以免损坏。由于球中气压低于大气压，破损时会发生轻微的爆炸，破碎的玻璃极易伤人。

2．警告：一旦发球壳破损，须立刻关闭电源，严禁继续操作，中心电极的高压可使人遭受电击伤害。

[ 实验操作 ]

1．将电源线接220V交流电，打开电源开关，可观察辉光放电现象。

2．用手靠近并触摸外壳，观察辉光放电的变化。

3．将手指在外壳上缓慢移动，观察辉光放电的变化。

4．分别用塑料棒（绝缘体）、金属棒（导体）、荧光灯管等不同物体接触外壳，观察辉光放电的异同。

[ 实验现象 ]

（可用照片、文字、数据、曲线等多种形式说明实验的现象，越详细越好）

1.打开电源开关，可观察到如图1所示的现象。（1）中心电极出现明亮的红斑，且红斑的分布会不断地变化。（2）从中心电极发出许多树枝状的白色辉光，靠近中心电极的地方辉光较粗，越靠近球壳，辉光越分散，且树枝状的辉光线条会不断地变化。（3）环形荧光管没有通电也被点亮，发出绿色的荧光。

2.用手指接触球壳后，可观察到如图2（a）所示的现象。辉光放电条全部向手指的位置集中，且放电条向上弯曲并不断摆动。

3.用手掌覆盖球壳顶部，可观察到如图2（b）所示的现象。放电条集中在一起并垂直向上，放电条几乎不摆动。

4.用绝缘体接触球壳，辉光放电观察不到明显的变化。

5.用导体（钢尺）接触球壳，有如用手指接触球壳一样，放电条全部向接触点位置集中，且放电条不断摆动。

6.用荧光管接触球壳，可观察到如图2（c）所示的现象。荧光管虽没有接任何电源，荧光管也被点亮，并由于内部荧光粉的不同，发出不同颜色的荧光。

（a）用手指接触球壳（b）用手掌接触球壳（c）用荧光管接触球壳

图 2 辉光放电现象照片

[ 现象解释和分析 ]

1.辉光放电球的球形放电管中充有低压气体，一般选用惰性气体。辉光球中心是一个高频高压电极，通电后，中心电极的电压高达数万伏。通常由于宇宙射线、紫外线等作用，气体中有少量中性分子被电离，以正负离子形式（等离子体状态）存在于气体中。离子在强电场的作用下定向运动，并在运动过程中与其它气体分子碰撞，使其电离而产生新的离子，离子数增加。由于气体比较稀薄，离子运动的平均自由程很长，而且电场又很强，因此离子可获得足够的动能去激发或电离其

它中性分子，形成更多的新离子。离子、电子和分子间碰撞时，会引起原子中电子的能级跃迁而激发出辉光，称为“辉光放电”。

2.当有人用手指接触球壳时，辉光放电电弧会向手指触摸处集中，象被手指吸引过来一样，而其它地方几乎没有辉光，这是人体感应的结果。辉光球中间是高频高压电极，另一个电极可看作位于无穷远的空间，中心电极周围的电场分布具有球对称性，故没有手接触时放电是对称的。当人触摸球壳时，人体相当于一个与大地相通的导体，球内电极与手之间的电容比其它方向大一些，致使阻抗比其它方向小，于是在该区域内形成较强的放电通道，因此辉光就集中到手指接触的方向来。

3.在高频电场作用下，电场方向不断变化，原子核（带正电）和外层电子（带负电）受到的力也随着变化，且球壳内的气体由于温度的差别不断流动，故观察到的辉光放电条会不断地摆动。但由于热气体都向上升，之后沿着球壳内壁向下对流，所以用手从侧面接触球壳时，放电条不断摆动；但接触球壳顶部的时候，放电条几乎不摆动。

4.荧光管是通过内部的汞蒸汽电离后轰击荧光粉而发光的，虽然荧光管没有通电，内部没有离子，但当荧光管接触放电球外壳时，放电球中的高能粒子会穿透球壳和荧光管的外壁，直接轰击管内涂覆的荧光粉，使荧光粉被激发而发光。

5.在地球南北极附近时常出现的绚丽的“极光”就是辉光放电的结果，宇宙射线使空气电离后，离子在地球磁场作用下集中向地球两极高速运动，激发两极高空稀薄的空气，从而产生“极光”。

[ 参考资料 ]

（可以是网页、教材、产品说明书、公开发表的文献、专著等）。